油氣井開發(fā)硫化氫腐蝕與防護研究

王志國 畢海源 宋康 余發(fā)剛 杜成剛

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司油氣井測試分公司，河北 廊坊 065007)

油氣井開發(fā)硫化氫腐蝕與防護研究

王志國 畢海源 宋康 余發(fā)剛 杜成剛

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司油氣井測試分公司，河北 廊坊 065007)

在油氣井開發(fā)過程中，硫化氫氣體（H2S）是比較常見的一種氣體，這種氣體不僅對開發(fā)設施、井下水泥環(huán)等造成相應的腐蝕，還對人體生命安全造成巨大的危險。這種氣體的易溶于石油中，相關設施在這種石油的長期浸泡下，很容易發(fā)生井下管柱斷裂、地面儀表爆破、井口裝置失靈等嚴重事故，直接影響開采活動質量和效率。

井下管柱；油氣井；硫化氫；腐蝕；防護

硫化氫，分子式為H2S，分子量為34.076，標準狀況下是一種易燃的酸性氣體，無色，低濃度時有臭雞蛋氣味，有毒。硫化氫能溶于水，易溶于醇類、石油溶劑和原油。所以，在石油開采過程中，酸性的硫化氫能夠與開采的設施能夠發(fā)生氧化還原反應，致使開采設施出現腐蝕情況。另外，硫化氫中的離解產物HS-、S2-對金屬也有著一定的腐蝕效果。而且，不同的條件，產生的腐蝕產物性質也有所不同，例如產物FeS能夠抑制腐蝕，而FexSy能夠促進腐蝕。

1 硫化氫的腐蝕情況

1.1 硫化氫對油管、套管及井下工具的腐蝕作用

油管、套管及井下工具是石油開采過程中的重要設施，這些設施中含有大量的金屬元素，在原油含水量和硫化氫的作用下，很容易發(fā)生氧化還原反應，從而導致這些設施發(fā)生相應的腐蝕情況。一般而言，這種腐蝕的情況是發(fā)生開采的中后期，因為開采之處的含水較少，腐蝕效果并不是很明顯，隨著開采進程的不斷深入，腐蝕情況便顯而易見。如四川威遠氣田震旦系的井由于水產量高使油管受到嚴重腐蝕，針對這種腐蝕情況，開采企業(yè)使用復合式緩蝕劑、井下封隔器等方式之后，腐蝕效果才得到有效控制。

1.2 硫化氫對水泥環(huán)柱的腐蝕作用

在古井的過程中，采用水泥是用來支撐套管，保護套管，封隔油、氣、水，是保證油氣井的有效方式。若是在開采的過程中，水泥環(huán)柱出現腐蝕，很容易導致套管發(fā)生腐蝕和破壞，不利于開采的有效進行。水泥石的腐蝕情況與孔隙結構和孔隙率有著密切關系。在水泥石中，含有大康的堿性物質，硫化氫會與這些物質發(fā)生化學反應，生成CaS、FeS、AI2S3等，嚴重影響水泥石在開采過程中的作用。

2 硫化氫的腐蝕機理

硫化氫之所以能夠對油管、套管、井下工具、水泥環(huán)柱等進行腐蝕，這是因為硫化氫在酸性水溶液中容易發(fā)生電離反應，離解產物HS-、S2-都能與金屬發(fā)生氧化還原反應，最終導致腐蝕情況的產生。而水泥石中CaO也很容易與酸性環(huán)境下的硫化氫發(fā)生反應，最終破壞水泥石，嚴重影響石油開采質量和效率。

3 防護硫化氫的腐蝕的措施

3.1 對油管、套管及井下工具的防護措施

（1）根據硫化氫的特性，合理科學地制定和改善開采設施

在油氣井開發(fā)過程中，開發(fā)人員應該從實際出發(fā)，根據油氣井的實際情況，制定和改善開發(fā)的相關的機械設備，避免鋼材中含有過多的分離氫含量，減少S、Mn等元素的含量，避免硫化氫的氧化還原反應的發(fā)生，使得硫化物處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，從而有效地維護開發(fā)設施，保證油氣井開發(fā)的質量和效率。可見，在油氣井開發(fā)過程中，針對硫化氫的腐蝕性問題，加強開采設備的研究和開發(fā)，也是做好油管、套管及井下工具的防護的關鍵所在。

（2）根據硫化氫的特性，選取合適緩蝕劑

要更好保護油管、套管及井下工具，避免腐蝕情況的發(fā)生，使用緩蝕劑也是一種可行方式。在腐蝕劑的選取方面，應該根據井下環(huán)境的具體情況和實際需求充分考慮溫度、壓力、流速等因素，針對性地使用緩蝕劑，將油管、套管及井下工具被腐蝕的程度降到最低。同時，為了更好地保證緩蝕劑的正確使用，還要充分考慮系統(tǒng)中介質組成、運行參數及可能發(fā)生的腐蝕類型，充分掌握緩蝕劑的緩蝕性能，合理科學地處理緩蝕劑與石油、其他添加劑之間的兼容關系，避免化學反應的產生。若是在石油開采中，單一的緩蝕劑難以達到實際要求，此時應當考慮緩蝕劑的復配使用。在當下的石油開采過程中，采用的緩蝕劑主要是咪哇琳、季胺化合物、胺類的脂肪酸鹽等等。

（3）設計相應的防腐層，制定防井下封隔器

防腐層主要是在鋼材和井下的硫化氫酸性油氣之間設計相應的隔離層，這種隔離層避免兩者之間的接觸產生相應的化學反應而導致井下設施的損壞，是一種保護井下設施的有效方式。另外，在保護油管外套和套管內壁的時候也可以采用井下封隔器，從油管的下端將油管和套管環(huán)空密封，避免H2S氣體對油管、套管的腐蝕。

3.2 對水泥環(huán)柱的防護措施

要保證水泥環(huán)柱不被含有H2S氣體油氣腐蝕，可以在水泥體系中加入上當的二水石膏，二水石膏中含有大量的鋁酸鹽，鋁酸鹽能夠很好的提升水泥對H2S腐蝕性能，保證水泥的堅硬度。當然，要提升水泥環(huán)柱的防腐性能，也可以根據實際情況，適當加入石膏、硅砂、硅粉等物質來提升水泥石抗腐蝕的性能。如此，保證石油開采的有效性和可行性。

4 結語

在開發(fā)含硫油氣井的過程中，由于硫化氫酸性氣體的存在，對鉆具、油管、氣管等設施都有一定的腐蝕效果。在這種油氣的長時間腐蝕作用下，很容易發(fā)生一系列的問題，例如井下管柱斷裂、地面儀表爆破等。這些問題直接影響油氣的開采質量和效率，使得開采過程不斷增加成本投入，不利于開采企業(yè)的長久發(fā)展。因而，在石油開采的實踐中，注重開采設施的防腐措施顯得至關重要。開采企業(yè)可以根據實際情況，運用緩蝕劑、防腐層、表面技術等方式加大防腐力度，保證開采的質量和效率。

王志國（1980-）男，漢族，河北邢臺人，工程師，主要從事油氣井測試工作。